山西省人民政府

  3D打印既是调整制造业结构，促进制造业由大变强的重要手段，又是适合多品种、个性化制造，为创新设计释放巨大空间的新型业态。它是创新的利器，也是创业的平台，我省将抓住3D打印技术发展所带来的机遇，突破发展瓶颈，最大限度挖掘社会资源中蕴藏的创新创业潜力。

  丝竹弦乐穿越时空而来，千年石窟的岁月痕迹触手可及。看着画面中雕刻精美、意蕴宏大的造像，让人仿佛置身于远在千里之外的云冈石窟。这是正在上海博物馆展出的云冈石窟第12窟“音乐窟”。国内“石窟界”数字化领域专家、云冈研究院数字化研究室主任宁波通过三维激光扫描技术，为云冈石窟建起了三维的“数字档案”。通过3D打印，“音乐窟”创新地使用了“积木式”的复制方式，由110块2米见方的轻质材料“积木块”分6层进行组装完成，让古老的世界文化遗产云冈石窟迈出了“行走”世界的第一步。

  3D打印技术，是一项不同于以往的新型制造技术，它与传统的工业制造有何区别？山西增材制造研究院院长宫涛对此解答，3D打印名为增材制造，以数字模型文件为基础，采用金属、高分子等材料，进行逐层打印、堆积，形成实体实物，是数字和制造紧密结合的体现。完成一项打印工作，首先要通过计算机对所设计物品的结构可以进行建模，形成三维图形，在此基础上进行分层切片，形成每一层的数据，数据传送到打印机，打印机按照数据，原材料逐层堆积，最终形成产品。山西雅韵雕医疗科技有限公司工程师罗伟认为，增材制造技术最大的特点是，不再需要传统工具及繁琐加工工序，它能有效地解决复杂零件加工成型问题，还可以突破一些技术上的限制。

  3D打印对大多数人来说还很陌生，随着它加快速度进行发展，将给产业高质量发展、工业制造，甚至百姓生活带来非常大影响。宫涛认为，3D打印技术最大的优势是制造复杂结构、个性化定制和创意设计，目前在航天、航空、医疗领域里，传统工艺没办法完成的复杂结构，通过3D打印能轻松实现。

  近年来，3D打印技术与智能化以及新材料、新工艺不断融合、交互发展，给传统制造技术带来了颠覆性的创新。3D打印技术无论是在基础研究、关键技术还是产业高质量发展方面都取得了快速的提升。在基础研究方面，新工艺、新原理、新材料和新应用不断涌现。在制造方面，呈现出从工业品向消费品发展、从小型产品向大型产品发展的势头。国际有名的公司波音公司采用3D打印技术制造飞机部分零件，米其林公司利用3D打印技术进行轮胎生产，美国“太空制造”公司还成功在太空环境下完成了大型物体的3D打印。2020年5月下旬，一家新西兰公司“火箭实验室”在新西兰东海岸发射全球首枚3D打印电池动力的“电子号”火箭。这枚火箭制造成本低、发射周期短，被业界评价为人类火箭技术发展史上的一大进步。

  3D打印快速地发展，开辟出神奇的世界，这项技术也一直被视为一项关键性的技术。在德国，有78%的企业认为3D打印将对商业模式和价值链产生深远的影响，一项最新统计显示，每三家德国企业中就有一家使用3D打印技术。新华社法兰克福分社记者沈忠浩向记者介绍，最近，在德国北部的一座城市，一家建筑公司使用3D打印技术建造了一座居民楼，有评论认为，3D建筑打印机从根本上改变了建筑方式和住宅建设的过程。去年以来，在新型冠状病毒肺炎疫情的背景下，德国一些制造企业利用3D打印设备实现了快速的生产切换，开始生产市场上较为紧缺的医疗防护用品，德国大众汽车公司利用生产塑料零部件和样车的3D打印机，生产呼吸机的零配件和其他医疗用品配件。巨大的市场空间，让慢慢的变多的企业涌入了3D打印的行列，个性化定制的商业模式也让世界各大先进制造企业纷纷引入3D打印，这不仅意味着生产的产品将以“1”为单位，也代表着整个制造业的生态系统将发生改变。

  “我国3D打印近年来加快速度进行发展，虽与美国、德国同处第一集团，但还存在原创性技术不够，特别是高端产品跟国外还有距离。”清华大学工程机械系教授林峰说。罗伟也表示赞同，他认为正是原创性不高才导致商业化的程度和前端应用不算太多，打印设备的精度、稳定性和速度方面跟国外还是有一定的差距。宫涛则认为，3D打印目前面临着成本高、打印慢的一些困难，许多企业不乐于接受，反观德国，70%以上的企业热情参加技术开发，我们更应该积极推动，树立新的理念，拥抱这项新的技术。

  2019年，山西医科大学第二医院骨科完成我省首例个性化设计3D打印肿瘤假体植入重建手术，这标志着我省骨科领域个性化3D打印假体技术时代的到来。这位病人小腿有个骨肿瘤需要切除，如果要同种的异体骨代替，愈合可能会存在问题，正是有了3D打印技术，医生按照他对侧自体骨头形状打印出假体，非常匹配地把它放进去。山医大二院通过3D打印出国内首款同患者自体骨组织，解剖结构一致的钛合金植入假体，打印所用的“墨水”，源于患者体内提取的自体骨组织，它能够固定细胞的位置，最终重组为功能器官。打印“原料”来自患者自身，不需要过多的担心排异反应的发生。“3D打印技术对培养医工结合的全能型人才很有大的帮助。”山医大二院骨科病区主任吕智说。

  3D打印在文物保护、医学领域崭露头角。下一步山西的3D打印重点开发和应用方向该从哪里发力？林峰教授建议，山西在医用3D打印技术的应用上取得一定进展。山西在煤炭产业和重工产业、机械制造产业有着很强的优势，这些领域都能和3D打印有更好接触、更好衔接，特别是给传统铸造产业高质量发展提供了很多先进的技术和更好发展的渠道，能带动传统产业技术升级发展。3D打印技术是材料、设备、打印、服务一条龙生产线，如果能结合当地资源特点和产业特点，就能发挥出3D打印的技术优势，挖掘出更大的产业优势，一定能从中找到发展机会。

  3D打印技术在制造业的普及程度，关键还是取决于新兴材料的发展，3D打印材料也是3D打印技术创新的核心要素。

  光敏树脂，在医疗模具、珠宝首饰领域大范围的应用。它的金属粉末应用到航空航天、汽车特殊工装和医疗植入，制成的线材可用于文物复原、雕塑和文艺创作。很长一段时间3D打印材料全部依赖进口，是3D打印领域发展的“卡脖子”技术难题，如今，我国自主生产的3D打印材料正在取代甚至是超越进口产品。山西增材制造研究院实验室副主任朱岳说：“进口光敏树脂每公斤价格高达3000元，现在我们自主研发的光敏树脂打印精度、力学性能各方面都很优秀，但是价格只有原来的十分之一。”

  在3D打印领域，有一个形象比喻，3D打印出来的产品，就像是一道色香味俱全的菜肴，用于3D打印的树脂、金属、陶瓷等材料，就像是食材，而帮助材料改变性能的改性助剂，则像是盐和味精等调味料，每一种，都不可或缺。而“食材”和“调味料”，就是山西增材制造研究院的着力点。山西增材制造研究院李训刚说：“个人会使用的3D打印机材料是由传统的高分子材料加工而成，这种线D打印的需求做不同的个性化的定制。我们将主攻3D打印改性助剂和材料，给3D打印加点‘料’，研发出系列高性能的3D打印材料，并进行产业化。”

  作为3D打印产业上游的材料，它的丰富性支撑着整个中游和下游的发展，如何让材料和设备能够精准地匹配？宫涛认为，这是3D打印行业发展很重要的环节，目前打印材料、打印设备局限性还很大，有许多好材料无法用现有的打印机来打印。下一步，一定是要根据材料的基因、材料特点，设计出加工工艺和控制点，与设备、质控厂家共同合作，形成新的更加高端的打印机，才是今后发展的方向。（沈佳）